采后硫胺素、核黄素处理对厚皮甜瓜果实活性氧代谢的影响

李灿婴,吕静祎,葛永红

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013)

采后硫胺素、核黄素处理对厚皮甜瓜果实活性氧代谢的影响

李灿婴,吕静祎,葛永红*

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013)

厚皮甜瓜,硫胺素,核黄素,活性氧

甜瓜(CucumismeloL.),属葫芦科黄瓜属甜瓜种,一年生草本植物,除了青海和西藏外在我国其它省份都有种植[1]。但由于产期集中,且在高温季节,因此贮运过程中果实衰老速度很快,极易受到病原物的侵染而引起腐烂,其中由Alternariaalternata引起的黑斑病和Trichotheciumroseum引起的粉霉病是主要病害[2]。

近年来,维生素作为激发子在病害控制方面的作用得到重视[3]。硫胺素[4]、核黄素[5]等都可作为病害控制的激发子,可以有效调控植物的一系列病程相关蛋白和植保素的合成,抑制病原菌的侵染。硫胺素(thiamine,Vitamin B1)是一种水溶性复合B族维生素,可作为激发子,诱导拟南芥对丁香假单胞菌[4]、黄瓜对白粉病[6]、葡萄对霜霉病[7]、苹果梨对黑斑病[8]等的抗性。离体研究表明,硫胺素能够抑制互隔交链孢菌丝生长和孢子萌发[8]。体内研究表明,硫胺素处理能较快促进拟南芥植株活性氧的迸发,提高植物细胞线粒体活性[9]。核黄素(riboflavin,Vitamin B2)是一种天然水溶性B族维生素,具有热稳定性,能够促进生长、提高作物产量、增强植物抗逆能力等,还能诱导植物获得系统抗病性,提高大米[10]、拟南芥[5]、番茄[11]等植物对多种病害的抗性。核黄素复配羟丙基甲基纤维素涂膜能有效延缓杨梅果实冷藏期间抗氧化活性的降低[12]。本实验室前期研究发现采后100 mmol/L硫胺素、1.0 mmol/L核黄素处理能够有效抑制厚皮甜瓜果实粉霉病和黑斑病的发生,但有关硫胺素、核黄素诱导厚皮甜瓜果实产生抗病性的机理还缺乏系统研究。

本实验以厚皮甜瓜为试材,采后分别用100 mmol/L硫胺素和1.0 mmol/L核黄素溶液浸泡处理,研究其对果实活性氧产生、抗氧化酶活性及抗氧化剂含量的影响,以期丰富硫胺素和核黄素诱导果实抗病性的机理。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

厚皮甜瓜 购于锦州市农贸市场,挑选成熟度基本一致、表皮无病虫害、大小相近的果实,单果套发泡网袋纸箱包装后运抵实验室常温贮藏((25±2) ℃,RH45%)待用;硫胺素、核黄素 分析纯(AR),西安制药厂。

TGL-24M型台式高速冷冻离心机 长沙平凡仪器仪表有限公司;HS型电热恒温水浴锅 上海博迅实业有限公司医疗设备厂;UV-2450型分光光度计 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 选择大小均匀,无机械损伤和病虫害、成熟度适中的甜瓜果实用清水清洗表面后,用1%次氯酸消毒,分别用100 mmol/L硫胺素、1.0 mmol/L核黄素(含0.05%的Tween-80)溶液浸泡处理10 min,用清水处理作对照,果实自然晾干后常温贮藏待用,每处理30个果实,重复3次,共90个。

1.2.2 取样 分别于处理后0、2、4、6、8 d取硫胺素、核黄素处理和对照果实皮下1～3 mm处果肉组织3 g,铝箔纸包裹,液氮冷冻后-80 ℃保存待用。每次处理取样用果实18个。

1.2.3 测定方法

1.2.3.2 过氧化氢(H2O2)含量的测定 参照Yin等[8]方法,测定412 nm处吸光度值,H2O2含量以μmol/g表示。

1.2.3.3 抗坏血酸过氧化物酶(ascorbic peroxidase,APX)活性的测定 参照李灿婴等[13]方法,记录反应体系在290 nm处吸光度值,以每分钟OD值变化0.01为1 U,酶活性表示为U/g。

1.2.3.4 过氧化氢酶(catalase,CAT)活性的测定 参照Ren等[14]方法,测定240 nm处吸光度值,以每分钟OD值变化0.01为1 U,酶活性表示为U/g。

1.2.3.5 过氧化物酶(peroxidase,POD)活性测定 参照Yin等[8]方法,测定470 nm处吸光度值,以每分钟OD值变化0.01为1 U,酶活性表示为U/g。

1.2.3.6 谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性的测定 参照李灿婴等[13]方法,测定340 nm处吸光度值,以每分钟OD值变化0.01为1 U,酶活性表示为U/g。

1.2.3.7 还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)含量的测定 参照李灿婴等[13]方法,测定412 nm处吸光度值,GSH含量表示为μmol/g。

1.3 数据处理

全部3次重复的实验数据用Microsoft Excel 2007和SPSS V17.0软件进行统计分析,计算标准偏差(±SE)并进行LSD分析(p<0.05)。

2 结果与分析

图1 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实·产生速率的影响Fig.1 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on · production rate in muskmelon fruit

图2 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实H2O2含量的影响Fig.2 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on the content of H2O2 in muskmelon fruit

2.2 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实APX活性的影响

APX、CAT和POD是植物体内担负清除H2O2的主要酶类,是植物生物防御系统的关键酶[15]。由图3可知,硫胺素和核黄素处理均提高了果实APX活性,随着贮藏时间的延长,甜瓜果实APX活性呈先升高后降低的趋势,硫胺素处理在第6 d出现高峰,APX活性为28.12 U/g,是对照的1.69倍,核黄素处理果实在第4 d出现APX活性高峰,APX活性为20.71 U/g,是对照的1.28倍。

图3 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实APX活性的影响Fig.3 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on APX activity in muskmelon fruit

2.3 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实CAT活性的影响

硫胺素和核黄素处理后甜瓜果实CAT活性在0 d时与对照相差很小,在处理后的第2 d CAT活性快速升高,分别是对照的1.67倍和1.25倍,之后核黄素处理甜瓜果实CAT活性随贮藏时间延长逐渐呈下降趋势,而硫胺素处理甜瓜果实CAT活性在贮藏第6 d时还略有回升(图4)。

图4 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实CAT活性的影响Fig.4 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on CAT activity in muskmelon fruit

2.4 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实POD活性的影响

如图5所示,核黄素和硫胺素处理对甜瓜果实POD活性有明显的诱导作用,硫胺素处理甜瓜果实POD活性上升较核黄素处理上升明显,在贮藏第6 d达到高峰,其活性为对照的1.57倍,核黄素处理甜瓜果实POD活性在贮藏第4 d达到高峰,其活性为对照的1.19倍。

图5 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实POD活性的影响Fig.5 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on POD activity in muskmelon fruit

2.5 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实GR活性的影响

随着贮藏时间的延长,硫胺素、核黄素处理甜瓜果实GR活性呈现先增高后降低的趋势,对照果实GR活性基本呈平稳上升趋势。但硫胺素和核黄素处理均提高了甜瓜果实GR的活性,在贮藏第6 d出现活性高峰,分别比对照提高了28.8%和42.2%(图6)。

图6 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实GR活性的影响Fig.6 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on GR activity in muskmelon fruit

2.6 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实GSH含量的影响

随着贮藏时间的延长,甜瓜果实GSH含量呈先升高后降低的趋势。甜瓜果实GSH含量在贮藏第2 d均出现高峰,硫胺素处理明显提高了果实GSH含量,分别比对照及核黄素处理高出0.84倍和0.75倍。核黄素处理对GSH含量的影响不大(图7)。

图7 采后硫胺素、核黄素处理对甜瓜果实GSH含量的影响Fig.7 Effect of postharvest thiamine or riboflavin treatment on the content of GSH in muskmelon fruit

3 讨论

抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环是果实体内直接清除ROS的酶促系统,APX和GR是此系统的关键酶,可以保持果实体内抗氧化剂AsA和GSH的平衡[19]。本实验结果显示,硫胺素、核黄素处理提高了果实APX和GR活性,同时维持了较高含量的GSH,进而维持了甜瓜果实较高的抗氧化能力,使过量的活性氧能够被及时清除。在BTH、硅酸钠诱导甜瓜果实抗病的研究中也得到了同样的结果[14,16,20]。由此表明,采后硫胺素和核黄素处理能够诱导甜瓜果实的抗病性。

4 结论

[1]Bi Y,Ge Y H,Wang C L,et al. Melon production in China[J]. Acta Horticulturae,2007,731:493-500.

[2]Ge Y H,Bi Y,Li X,et al. Induced resistance against fusarium and pink rots by acibenzolar-S-methyl in harvested muskmelon(cv. Yindi)[J]. Agricultural Science in China,2008,7:58-64.

[3]Pushpalatha H G,Sudisha J,Geetha N P,et al. Thiamine seed treatment enhancesLOXexpression,promotes growth and induces downy mildew disease resistance in pearl millet[J]. Biologia Plantarum,2011,55(3):522-527.

[4]Ahn I P,Kim S,Lee Y H,et al. Vitamin B1-induced priming is dependent on hydrogen peroxide and theNPR1gene in Arabidopsis[J]. Plant Physiol,2007,143(2):838-848.

[5]Dong H,Beer S V. Riboflavin induces disease resistance in plants by activating a novel signal transduction pathway[J]. Phytopathology,2000,90(8):801-811.

[6]刘龙洲,何欢乐,潘俊松,等. 维生素B1诱发黄瓜白粉病初探[J]. 植物保护学报,2008,35(2):185-186.

[7]Boubakri H,Wahab M A,Chong J L,et al. Thiamine induced resistance toPlasmoparaviticolain grapevine and elicited host-defense responses,including HR like-cell death[J]. Plant Physiology and Biochemistry,2012,57:120-133.

[8]Yin Y,Bi Y,Li Y C,et al. Use of thiamine for controllingAlternariaalternatapostharvest rot in Asian pear(PyrusbretschneideriRehd. cv. Zaosu)[J]. International Journal of Food Science and Technology,2012,47(10):2190-2197.

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Effects of thiamine and riboflavin treatments on reactive oxygen species metabolism in muskmelon fruit

LI Can-ying,LV Jing-yi,GE Yong-hong*

(College of Food Science and Engineering,Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China)

muskmelon;thiamine;riboflavin;reactive oxygen species

2016-09-01

李灿婴(1981-)，女，硕士，助理实验师，研究方向：果蔬采后生物学与技术，E-mail：cora_51@163.com。

*通讯作者:葛永红(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：果蔬采后生物学与技术，E-mail：geyh1979@163.com。

国家自然科学基金青年基金项目(31401554)；渤海大学博士启动基金项目(bsqd201405)。

TS255.36

A

1002-0306(2017)06-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.053